[发明专利]一种亲电取代反应制备稳定性固体酸催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种亲电取代反应制备稳定性固体酸催化剂的方法，包括以下步骤：1)载体的预处理：选用芳环族化合物作为载体，将载体进行活化预处理后加入到去离子水中；2)亲电取代：滴入含有碳碳双键或氯甲基的磺酸盐前驱体进行搅拌反应，搅拌反应后过滤、洗涤；最后对产物进行干燥处理。本发明首先将生物炭改性使之可以接受更多的弱酸性位，用‑(CH₂)_n‑SO₃H基团代替了传统的‑SO₃H基团，这不仅提高了固体酸的酸密度，而且解决了固体酸的浸出问题，不仅提高了催化剂的催化效率，而且提高了产品的纯度。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种亲电取代反应制备稳定性固体酸催化剂的方法。

背景技术

随着人类技术的发展，化石燃料日渐枯竭，人们转而研究可再生燃料。不可食用的生物质如农业废物和林业废物就是很好的可再生生物燃料。为了将生物质转化为生物燃料，需要进行水解和热解处理。在热解期间可以在不含催化剂的情况下进行，但是在水解期间必须要催化剂的参与，而且生物油的升级必须要用到酸性催化剂，因此酸性催化剂是必不可缺的一部分。

现有的固体酸虽然已经广泛地运用于工业生产中，但是仍然存在着许多问题。如Amberlyst 70，它的酸密度低约为2.55mmol/g，操作温度低小于190℃，而且它的酸性浸出-SO₃H基团可以H ₂SO ₄的形式在热水介质中浸出，与液体产物混合，污染产品。因此，需要开发新的合成路线，抑制磺化反应的逆反应，来制备新型催化剂。

发明内容

本发明旨在提供一种亲电取代反应制备稳定性固体酸催化剂的方法，本发明首先将芳香族化合物如生物炭改性使之可以接受更多的弱酸性位，用-(CH₂)_n-SO₃H基团代替了传统的-SO₃H基团，这不仅提高了固体酸的酸密度，而且解决了固体酸的浸出问题，不仅提高了催化剂的催化效率，而且提高了产品的纯度。

本发明通过如下的技术方案实现的，本发明一方面提供一种亲电取代反应制备稳定性固体酸催化剂的方法，包括以下步骤：

1)载体的预处理：选用芳环族化合物作为载体，将载体进行活化预处理后加入到去离子水中；

2)亲电取代：滴入含有碳碳双键或氯甲基的磺酸盐前驱体进行搅拌反应，搅拌反应后用稀酸溶液进行过滤、洗涤；最后对产物进行干燥处理。

因为磺化是高度可逆的，脱硫反应在本质上是水解反应，为了防止-SO₃H的水解，需在芳环与-SO₃H基团之间插入烃链，以制备稳定性固体酸催化剂，在水相中，芳环与碳连接的键为共价键，所以难以被破坏，同时脂肪族碳链不具备π键来给以-SO₃H亲电加成，因此碳链与-SO₃H基团也难以分解。

本发明通过烷基引入芳族环的反应来实现-(CH₂)_n-SO₃H基团的亲电取代反应，这个反应能在温和的反应下进行，而且在单取代反应中反应不会停止；烷基团具有供电子作用，多个-(CH₂)_n-SO₃H基团可以被引入到一个芳环中，这大大提高了固体酸催化剂的酸密度。而在现有技术的磺化反应中，因为-SO₃H基团是吸电子的，因此只有一个基团被引入芳环，所述酸密度低。

作为优选，所述各物质的摩尔比为：载体：碳碳双键或氯甲基的磺酸盐前驱体＝1:2～1:6。

作为优选，步骤1)中，所述芳环族化合物选用生物炭，活化预处理步骤为：将生物炭加到装有强酸的烧杯中搅拌，然后再缓慢加入强氧化剂，回流，用去离子水洗涤，抽滤。